1.5MW抗“浸水”風力發電機定子絕緣層的研制

趙俊霞，鄭伯濤

（1.三江學院，江蘇南京 210012；2.南京汽輪電機長風新能源股份有限公司，江蘇南京 211100）

1.5MW抗“浸水”風力發電機定子絕緣層的研制

趙俊霞1，鄭伯濤2

（1.三江學院，江蘇南京 210012；2.南京汽輪電機長風新能源股份有限公司，江蘇南京 211100）

為了提高風力發電機組件對環境的適應能力，分析了風力發電機的運行環境對絕緣系統及其材料的特殊要求，開展了對組件核心部件——風力發電機的關鍵部件（定子）的絕緣系統及其材料的研究。采用F級環氧云母帶包扎定子繞組，進行VPI工藝流程，依據新工藝制備的1.5 MW風力發電機的成功通過了“浸水”試驗，24小時浸水后，四臺定子絕緣電阻大于50 MΩ，達到Q/JF 2SJ1500SF標準，是目前風力發電機絕緣系統性能最優異的絕緣系統之一。

1.5 MW風力發電機；浸水試驗；真空壓力浸漬工藝

0 引言

隨著傳統能源的耗損，風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。其蘊量巨大，全球的風能約為2.74×109 MW[1]，其中可利用的風能為2×107 MW，比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍[2]。

風力發電組件的核心部件為風力發電機，而風力發電機的核心是定子。由于風力發電機單機容量大(可達兆瓦級以上)，使用地理環境特殊(一般在沙漠、草原、海邊或海中)，因此對風力發電機定子的表面絕緣涂料提出了更高要求[3]。表面絕緣涂料是一類涂覆在電機定子表面起一定絕緣作用的功能涂料，是一種綜合性能優異的高分子復合材料，除具有一定的絕緣功能外，還具有良好的耐腐蝕性能等特點。

1 抗“浸水”工藝

1.1 主要原材料

大型發電機定子繞組是發電機的心臟部件，在運行過程中必須承受電、熱、機械應力和環境條件的作用，還得承受起動和停機發生的冷熱循環熱應力作用和突然短路事故產生的強大電磁力作用，因此要求定子線圈絕緣具有良好電氣和機械性能，從而保證發電機的可靠運行[4]。特別是在風力發電機上，因為使用環境的惡劣，必須進行的試驗之一是抗“浸水”試驗。

目前國內高電壓大電機使用的主絕緣材料主要為多膠環氧云母絕緣體系，其云母含量為80g/ m2。而國外大電機使用的主絕緣材料無論多膠、少膠體系，一般云母含量在160 g/m2左右，目的是保證發電機在長期運行條件下具有良好的機械和電氣性能，特別是耐電熱老化性能。

為提高風力發電機定子抗“浸水”能力，本文的定子繞組為多匝圈式繞組，繞組絕緣采用公司成熟可靠的絕緣工藝與結構，主絕緣采用F級環氧云母帶連續包扎后再在直線部分包低阻帶，端部包高阻帶，經加熱模壓成型后，使線棒與絕緣成為無空隙的嚴密均勻的整體。下線前定子鐵芯槽內噴以半導體防暈漆，線圈邊與鐵芯間以半導體玻璃布配緊，槽內各墊條均采用半導體玻璃布板。整個繞組絕緣性能穩定、耐電強度高、介質損失低、導電性能好、起暈電壓高、耐潮濕、耐臭氧、剛度好、強度高，并具有優良的蠕變性能。定子槽口采用短槽楔打緊，以抑制線圈在槽內的電磁震動，減少電腐蝕，并防止定子線圈下沉。定子線圈下線后的所有接頭采用銀銅焊連接。

1.2 主要工藝

本文中1.5 MW風力發電機的定子如圖1所示，由機座、鐵芯及繞組等組成。

圖1 1.5MW風力發電機定子

定子鐵芯采用高導磁、低損耗優質硅鋼片0.5 mm厚50W310沖制成的扇形片迭壓而成。鐵芯外徑?4.8 m，內徑為?4.32 m。扇形片沖制后兩面涂以優質絕緣漆，以減少渦流損耗。扇形片以鴿尾筋定位并固定于機座上，鐵芯上下兩段疊片采用F級硅鋼片膠粘成整體，以增強鐵芯剛度，減少鐵芯振動；鐵心高度由10 mm高的通風溝把鐵芯分成若干段，用拉緊螺桿通過壓板把鐵芯壓緊。為保證鐵芯平整、減少波浪度，機座采用大齒壓板結構。

定子的絕緣工藝采用的是真空壓力浸漬（又稱VPI工藝和整浸工藝），VPI真空壓力浸漬設備是高壓電機、變壓器、電力電容器和紙絕緣的高壓電力電纜等電器和電工材料生產過程中重要的工藝設備。該設備由下列部分組成：浸漬罐、貯漆罐、真空抽氣系統、壓縮空氣儲氣加壓系統、排氣系統、輸回漆系統、加熱系統、制冷系統和電氣控制系統。

VPI工藝過程為：預烘除濕→入罐→真空排氣→真空浸漆→壓力浸漬→壓力排漆→卸壓滴漆→出罐→固化干燥。經VPI工藝處理后，電機整體性好，整個繞組絕緣性能穩定、耐電強度高、介質損失低、起暈電壓高、導熱性能好、耐潮濕、抗電弧、耐臭氧、剛度好、強度高并具有優良的蠕變性能。

2 測試標準

由于國家沒有相關的標準執行，為了更好地檢測企業1.5 MW風力發電機定子絕緣處理的密封性和質量穩定性，在新材料試用、重大工藝改進、產品交付后出現質量問題時進行檢測。絕緣執行標準是新疆金風科技股份有限公司與各風力發電機生產廠家協商后確定的[5]。

2.1 抽檢數目

首次浸水實驗的抽檢數目由雙方協商。在后期正常生產中，月產≥50臺時，每月抽檢4臺；月產＜50臺時，每月抽檢2臺。抽檢時間及抽檢的定子編號由使用方確定。若有一臺試驗結果不合格，直至連續有10臺定子一次性浸水結果合格。不合格定子整改后仍需進行浸水試驗，直至試驗結果合格。

2.2 試驗方法

浸水試驗是在定子浸漆處理（包括二次浸漆烘干、表面漆瘤清理）完成、定子繞組未聯接電纜及表面未噴涂情況下進行。在浸水試驗完成后，原則上不能再對定子表面絕緣漆瘤進行打磨。

（1）浸水前應對環境溫度、濕度及待試定子的絕緣電阻值進行記錄；

（2）將定子引線端朝上，吊入浸水槽內（注意定子和浸水槽擺放的水平性及穩定性）；

（3）使浸水槽內水位淹沒至定子端環1/3～1/2處，并保持2小時。

2.3 測量儀器

絕緣電阻的測定使用1 000 V兆歐表。

2.4 驗收標準

在浸水試驗完成時，定子絕緣電阻不小于50 MΩ，則視為試驗結果合格。

浸水試驗完成后進行烘干處理，要求烘干后的定子絕緣電阻回升至不小于試驗前絕緣電阻值的80%，方可進入下道工序。

3 試驗數據

南京長風新能源股份有限公司根據“浸水”試驗要求，通過長期試驗，嚴格按照新材料、新工藝進行了1.5 MW風力發電機新定子的組織制造工作，經自評后，新疆金風科技股份有限公司于10月20日-10月25日現場見證了南京長風新能源股份有限公司09113、09116、09117、09118四臺定子的24小時浸水過程。

1.5 MW風力發電機定子E15D“浸水”試驗數據如表1，其中，水位在環1/3～1/2處經2 h浸水后絕緣電阻均大于1.1 GΩ。金風評審組對現場操作過程進行了查看，總體感覺比未使用新工藝前有很大改觀，特別是VPI的效果良好，為浸水的通過創造了條件。

4 小結

南京長風新能源股份有限公司根據新材料、新工藝制造的四臺1.5 MW風力發電機定子，浸水結果良好，較前期有很大改觀，符合技術要求，水位在環1/3～1/2處24 h浸水摸索性試驗數據也較理想。新工藝遠遠提高了定子的絕緣性能、抗惡劣環境的性能，為風力發電機更寬廣的應用提供了條件。

表1 1.5 MW風力發電機定子“浸水”試驗數據

［1］馮雅.我國風電并網容量將突破4500萬千瓦發展更趨平穩［EB/OL］.（2011-12-29）.http：//www.newen?ergy.org.cn/html/01112/12291144187.html.

［2］郭力方.風電業漸入良性發展軌道投資下降并網攀升［EB/OL］.（2011-12-23）.http：//www.newenergy. org.cn/html/01112/12231144095.html.

［3］曾凡輝，姜其斌，陳憲宏，等.風力發電機用表面絕緣涂料的研究［J］.絕緣材料，2010，43（2）：17-23.

［4］管兆杰，黃慧潔，康駿，等.國內電機絕緣材料和工藝及絕緣結構現狀及分析［J］.電機與控制應用，2011，38（4）：1-5.

［5］Q/JF 2SJ1500SF.3-2009.金風1.5MW系列風力發電機組發電機定子浸水及淋水試驗執行標準［S］.

Anti-Flooding Insulation Development of 1.5MW Wind Generator Stator

ZHAO Jun-xia1，ZHENG Bo-tao2
（1.Sanjiang University，Nanjing210012，China；2.Nanjing Turbine&Electric Machinery Changfeng New Energy Co.，Ltd.，Nanjing211100，China）

To improve the adaptability of the wind generator components to the environment，this paper analyzes the special insulation system and materials requirements of the wind generator operation environment.The key component of the core components is the wind generator.The crux of generator is stator.We develop the stator insulation system and materials.First，it is used the Class F epoxy mica tape to bandage the stator windings.Then，it passes the VPI process.With the new technology，1.5MW wind generators succeed in the "immersion test".The insulation resistances of the four stators are greater than 50MΩ after the 24 hours immersion in water.This meets the Q/JF 2SJ1500SFstandard.It is the most excellent system of the wind generator insulation systems.

1.5MW wind generators；immersion test；vacuum pressure impregnating

TM315

A

1009－9492(2014)09－0052－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.09.014

趙俊霞，女，1979年生，河南人，碩士，講師。研究領域：電機控制的芯片設計。已發表論文10篇。

(編輯：向 飛)

2014－03－20